矿井物探-8(瑞雷波地震勘探)
瑞雷波法检测岩溶边界施工工法(2)
瑞雷波法检测岩溶边界施工工法瑞雷波法是一种用于检测岩溶边界的施工工法。
下面将对瑞雷波法进行详细介绍。
一、前言岩溶边界是工程施工中一个重要的地质问题，正确判断和处理岩溶边界对工程的安全和稳定性至关重要。
瑞雷波法作为一种现代地质探测技术，能够有效地检测岩溶边界并指导施工工程的进行。
二、工法特点瑞雷波法具有以下几个特点：1. 非破坏性探测：瑞雷波法利用地震波在地下传播的特性，通过测量地震波的传播时间和速度变化，来判断地下岩层的性质和边界情况，避免了对地层的破坏。
2. 效率高：瑞雷波法仪器操作简便，数据处理快速，能够在较短时间内完成对一定范围内的岩溶边界的检测。
3. 准确性高：通过采集大量的地震数据并进行综合分析，可以获得较为准确的岩溶边界信息，提高了判断的准确性。
三、适应范围瑞雷波法适用于各种岩溶地质条件下的边界检测，包括洞穴、溶洞、地下水流域等。
无论是在工矿厂房建设还是道路隧道施工中，都能够为工程设计和施工提供可靠的地质信息。
四、工艺原理瑞雷波法的工艺原理是基于地震波在岩层中的传播速度和反射特性。
在施工工法中，通过在地面上布设一定间距的振源和接收器，发射强烈的地震波动，记录地震波在地下岩层中的传播时间和捕获反射波。
根据地震波传播速度与岩层性质的关系，结合反射波形态、振幅等特征，可以判断出岩溶边界的存在和位置。
五、施工工艺1. 布设测线：根据工程需要，确定需要检测的区域，并在地面上均匀布设测线，固定振源和接收器。
2. 设置振源：在测线的一端设置振源，振源根据需要的能量大小选择，通常使用液压振源或地质锤。
3. 布设接收器：在测线的另一端布设一系列接收器，用于接收地震波的传播信号。
4. 进行测量：通过振源发出地震波，接收器记录地震波的传播时间和反射波形，形成数据。
5. 数据处理：对采集到的地震数据进行处理和分析，得出岩溶边界的位置和性质。
六、劳动组织瑞雷波法的施工需要一支专业的地质测量团队，包括工程技术人员、地质探测工程师和测绘人员等。
矿井物探-地震
折射法
总结词
通过测量地震波在地层中的折射时间，确定地层速度和界面深度的方法。
详细描述
折射法利用地震波在不同介质中的传播速度差异，通过测量地震波在地层中的 折射时间，确定地层速度和界面深度。在矿井中，折射法可以用于探测煤层厚 度、岩性变化和陷落柱等。
透射法
总结词
通过测量地震波在地层中的透射能量，确定地层特性和地质 构造的方法。
详细描述
当地震波遇到陷落柱时，会发生反射和折射，通过分析这些波的特性，可以确定陷落柱 的位置和大小，从而采取相应的措施，保障矿井安全。
煤层采空区探测
总结词
采空区是矿井中的一种危险区域，通过 地震波的传播和反射特性，可以探测煤 层中的采空区。
VS
详细描述
地震波在煤层中传播时，遇到采空区会发 生反射和散射，通过分析这些波的特性， 可以确定采空区的位置和大小，从而采取 相应的措施，避免事故发生。
05
CATALOGUE
矿井物探地震技术挑战与解决方案
高分辨率与高信噪比需求
总结词
在矿井物探地震中，高分辨率和信噪比是关 键的挑战。
详细描述
为了获取更精确的地质信息，需要提高地震 数据的分辨率。同时，由于井下环境的复杂 性，信噪比的提高也是一大挑战。
复杂地质条件下的探测精度问题
总结词
在复杂地质条件下，探测精度会受到很大影 响。
03
CATALOGUE
矿井物探地震方法
反射法
总结词
通过测量地震波在地层中的反射时间，确定地层界面和地质构造的方法。
详细描述
反射法是矿井物探地震中最常用的方法之一。它利用地震波在地层中的传播速度 差异，通过测量地震波在地层中的反射时间，确定地层界面和地质构造的位置和 形态。在矿井中，反射法可以用于探测煤层厚度、断层位置和陷落柱等。
矿井物探-8(瑞雷波地震勘探)
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.1 瑞雷波的性质
8.1.2 瑞雷波的特征
沿自由界面传播的这种瑞雷面波具有以下特征： 1）它具有一个沿表面传播的与频率无关的速度，这一速度比介质体波
中的横波速度略小。
2）表面上质点的运动轨迹不是线性的而是椭圆形的(它是由纵波P和横 波S波沿自由界面传播相互叠加而形成)。
3）这种波的振幅随距界面深度的加大而呈指数下降。
以上是指在均匀、各向同性介质表面的情况。在实际观测中，各种 岩石都是成层的非均匀介质。在这样的介质表面，所观测到的瑞雷面 波将是频散的；也就是说，瑞雷波的速度将与频率有关，是频率的函 数。这样，在成层的非均匀介质的自由表面，所观测到的瑞雷波应是 频散的，质点运动呈椭圆形的，其振幅随界面深度加大而呈指数下降 的一种面波。
第8章 瑞雷波地震勘探
瑞雷波勘探方法是一种以瑞雷面波作为有效波，在几十米深
度范围内探查地质体的一种物探方法。作为地震勘探中的一个分
支，瑞雷波勘探是自20世纪80年代发展起来的一种新的浅层勘探 手段。它是基于不同振动频率的瑞雷波沿深度方向衰减的差异，
通过测量不同频率成分(反映不同深度)瑞雷波的传播速度，来探
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.1 地层界面异常特征
实测“之”字型
VR H
曲线
实测“之”字型VR—H 曲线
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.2 洞穴界面的异常特征
洞穴曲线的中断
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.3 瑞雷波勘探的应用
8.3.2 洞穴界面的异常特征
洞穴曲线的错断
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.2 瑞雷波勘探的基本原理
瑞雷波勘探方法的实质：根据不同振动频率的瑞雷波沿深 度方向衰减的差异，通过测量不同频率成分(反映不同深度)瑞
稳态瑞雷波勘探在地震安评中的应用
或 Ｊ ㈩ ＝）
Ｖ Ｒ
采用稳 态瑞雷 波勘 探进 行 波 速测 试 ， 频 率从 高到 按 低开 始激振 ， 探测地 下地层瑞 雷波 速度 ， 当地下 某一
层瑞雷 波速 度 恒 达 到 或 大 于 ５０ ／ ０ ｍ ｓ时 ， 以 推 定 可
该位 置的覆盖 层厚度 。
Ａ ＝
度 可达 １ ２ ｍ， 探 精 度 为 ０５ 较 深 部 地 质勘 ５～ ０ 勘 ．ｍ；
察 可采 用 １ ｋ ５ Ｎ～３ ｋ 的 激 振 器 ， 度 可 达 ５ ０Ｎ 深 ０～ １０ 勘探精度 为 １ ｍ。 ０ ｍ， ～２ 接 收瑞雷 波一般 采 用 动 圈式 检 波器 ， 适 用频 其 带 范 围应与要 接收 的瑞 雷波 工作频带 相一致 。勘探
孙福 印 王振 德 李 玉堂
（ 河北省地球物理勘查院） 摘 要 介绍了稳态瑞雷波法的工作原理和工作方法 ， 介绍 了 Ｓ ８—２ Ｂ瑞雷波仪 的参数 ， Ｍ９ ４ 以及在地震
安评 项 目的波 速 测 试 中 ， 态 瑞 雷 波 法 勘 探 与 钻 孔 波速 测 试 的对 比结 果 。 稳 关键词 瑞雷波 Ｓ ９ ２ Ｂ 激 振 器 Ｍ ８— ４
ｌｌｌ 《 ｉ５ ； ｌｉ ｌ ｌ ｉ
… …… … … … … … … … Ｇ…Ｃ …ＬＮＩＥＮＷＲ…ＯＩＮ０ … ．… … … … … … … … ＥＥ ＮＡＥ Ｎ…Ｇ …Ｌ Ｖ… … …Ｔ ＨＣ Ｇ…Ｒ … … … Ｉｏ Ｏ… Ｉ … Ｅ Ｉ Ｏ Ｄ Ｌ… ． … …… … ．
稳 态 瑞 雷 波 勘 探 在 地 震 安 评 中 的应 用
７ ０
岩 工 界 第。 第 期 土 程 。 卷 。
由于瑞雷 波层速 度 与其 介 质 的物 理性 质 相 关 ， 可 就 以对地下 的岩土 的物理性 质作 出评价 。
矿井物探-地震槽波勘探
2.2 槽波的首次试验与总结
据krey,TH（1963）
第7章 槽波地震勘探
2、槽波勘探在国外
2.2 槽波的首次试验与总结
据krey,TH（1963）
第7章 槽波地震勘探
槽波勘探技术的全面发展 在上个世纪六十年代中期至八十年代中期，是煤矿槽波
勘探技术发展的黄金时期，世界上主要产煤大国如德国
第7章 槽波地震勘探
槽波的发现
一篇十分有名的文章，新西兰地球物理学家 Evison, FF (1955): “A coal seam as a guide for seismic energy. Nature 116: 12241225”被认为槽波的发现者。
据Evison（1955）
第7章 槽波地震勘探
t t ——分别代表P波与S波的折射角
c
——波前沿煤—岩分界面传播的速度
第7章 槽波地震勘探
7.1.2 槽波的形成
由P波与SV波激发的槽 波——简振型及漏能振 型
当煤层中激发的体波以入射角小于临界角入射到煤－岩分解面时，尽管这 些界面都是反射系数的强反射面，在其界面上产生强的反射返回煤层；但同时 仍有相当多的能量，由于折射作用，以体波的形式向围岩辐射，因而，使这些
实际上“槽波”术语来源于天然地震学，“槽波”被认 为存在于大气层、海洋水层和岩石圈低速层中，最为代表两 位 是 Gurtenberg B., Channel Waves in the Earth‘s Crust. Geophysics, Vol. XX ， No. 2, pp. 283-294 (1955 ). 和 Press F. & M. Ewing,Two Slow Surface waves across North America. Bull. Seism. Soc. Amer., vol. 42, No.3, pp. 219-228 (1952)。 在岩石圈低速层中存在两种类型的槽波一种是体波在低 俗速度槽中的射线弯曲和能量的制导，另外一种则是类似于 面波的制导波，包括 rayleigh 面波和 love 面波，有关此类面 波的相关特性早在 1924 年 Stoneley R (1924) Elastic waves at the surface of separation of two solids. Proc Roy Soc. (London) A 106: 416-428有了关于低速夹 层介质下频散特征方程的推导与讨论。
瑞利波探测仪在矿井探测中影响探测精度的因素
Ｙ Ｒ Ｄ 瑞利波探测仪采用了瞬态法瑞利波勘 Ｔ （） 探方法 ， 瞬态法瑞利波勘探 的工作过程是用大锤锤 击 圆形基 座作 为震 源 ， 该震 源 产 生 一定 频 率 范 围 的 瑞利波 ， 同频率和振幅的瑞利波叠加在一起传播。 不 超前 探测数 据采集 施工 示 意 图见 图 ２ 。① 在测
１ ６
王 小波等： 瑞利波 探测 仪在矿井探测中 影响探测 精度的因 素
第９ 第６ 卷 期
瑞利 波探 测仪 在矿 井探 测 中影 响探 测精 度 的 因素
王小波 王勇
陕西西安 ７ｏ５） １ Ｏ４
（ 煤炭科学研究总院西安研究 院 摘
要： 瑞利波探测作为一种矿 井地球物理探测方 法， 具有 简便 、 快速 、 应用 范 围广 的优 点。本文分析 了 Ｙ Ｒ（ Ｔ Ｄ）
器后将实际测量的道间距输入仪器 。因为知道传感 器道间距 △和每一频率的相位差 ， 就可 以计算 出
Ａ、 Ｂ． 传感 器 ． ・ Ｆ为
瑞利 波 每一频 率 的相速度 Ｖ
（ 叫）一
图 ２ 超 前 探 测 施 工 示 意 图
已知频率为 厂的瑞利波速度 Ｖ 后 ， 其相应 的 波长为： 、一
度及减少井 下钻探等方面发 挥着越 来越 大 的作 用 。 ２ 瑞利 波勘探 工作原 理 瑞利 波探 测技术 是通 过采集人 工地 震波所携 带 的地 下信 息来 分析地层 结构 ， 目前 有两种 方法 ， 一种 是 面波变 频探 测法 ， 称稳 态法 ， 亦 其基本 思想是利 用 某一 波长 的瑞 利波相 速度来 表征 深度小 于该波 长一
２ 的研 究 成果 。瑞 利 波 探 测 仪 在煤 矿 井 下 可 进 ０年 行 全方位 探测 ， 该项技术 可以解决煤矿井下地质构造 探测 问题 ， 隔水层 厚 度探测 、 在 瓦斯 突 出石 门厚 度探 测、 火烧 区边 界探测 、 预测 掘进 工作 面前 方 的地 质构
物探方法 瞬态瑞雷波法【精选】
• 测试浅层时用小锤或较轻的铁块锤击 地面获得高频信号，并采用小的道间 距接收。测试深度大时则相反。
• 地震波主频f0与落重法的重块质量M 和重块底面积的半径r0的关系为:
f0
1
2
பைடு நூலகம்
4r0 M (1 )
(6.3.9)
其中为切变模量，为泊松比。 瞬态面波法也可以利用仪器的信
即频散曲线。
• 根据 (6.3.6)式，可将vR-f曲线转换 为vR-R曲线，vR-R曲线反映出该测 点介质深上的变化规律。沿测线不
同点的vR-R曲线则反映了介质沿剖 面方向上的变化特征
瞬态面波法的震源可以采用锤击、落重、爆 炸等方式。激振力较小时脉冲面波的主频率 较高。
检波器安置在地面作为拾取介质振动的 传感器。面波勘探所用检波器频率范围很宽， 可以从数赫兹到数千赫兹。。
• 目前国内外生产的检波器类型较多， 面波测试时，可从固有频率为4.5、8、 10、15、28等检波器中选择使用，瞬 态面波一般使用固有频率较低的检波 器
• 检波器接收到的基本是瑞雷波的垂直 分量。瞬态冲击激发的面波可以看作 许多单频谐振的叠加，因而记录到的 波形也是谐波叠加的结果，呈脉冲型 的面波。
针对不同的仪器分辨率和场地的实
际情况做适当调整
• 根据以上讨论，同一波长的瑞雷波 传播特征反映了地质体水平方向的 变化情况，不同波长的瑞雷波传播 特性反映了不同深度地质体的变化 情况实际工作中，为了提高效率。 瑞雷波勘探时，在地面上沿波的传 播方向，以一定的道间距x设置 N+l个检波器,
• 我们就可以检测到Nx长度范围内瑞 雷波的传播特征。
波长R越长，勘探深度越大。因此两个 观测点之间的距离也要随着波长的改变
瑞雷波法地基检测原理与工程实例
原理与工程实例
PRESENTED BY RAINZHANG
瑞雷波法地基检测
CONTENTS
01 02 03 04
地震波成分
瑞雷波勘测原理 工程实例 小结
1
地震波成分分析
地震波
体 波 Body Wave
① P波（Primary ）
② S波（Secondary）
面波 surface wave
2
瑞雷波勘探原理
面波频谱分析方法（SASW）
分析面波的频散曲线建立近地表的面波速度剖面（面波相速度的测量）
瑞雷波频散特性:瑞雷波在非均匀介质中的相速度VR 随频率ｆ变化而变化
VR 2f i Nx / i
i 1 N
λR=VR/ f
Ｈ＝β·λ 求取相速度深度曲线VR－Ｈ
震源
有一定能量、有效波能量强、频带较宽、同点击发重复性好 类型：炸药震源、非炸药震源 ① 炸药震源：频谱宽、能量强、高频成分丰富 ② 锤击震源：锤击置于地面的钢板， 18磅或24磅 地表结构：潮湿密实地面效果好，干燥松软地面较差。 优点：可多次激发，重复性好（钢板与地面的耦合好） 缺点：频谱低于炸药震源，能量有限，不适合深层 H＜50m，锤击、小炸药量 ③ 高频震源枪：用震源弹射入浅孔(充水或潮湿的孔)，爆炸 激发地震波。 优点：定向发射，利于能量向下传播；高频成分丰富，利 于高分辩率勘探。 ④ 电火花和空气枪震源：多用于水上勘探
次生波。这类地震波与界面有关，且主要沿着介质的分界面传播，其能量随着与界面距离的增加迅速衰减，因而被称为面波。在岩土工程 中，分界面常指岩土介质各层之间的界面，地表面是一层较为特殊的分界面，其上的介质为空气（密度很小的流体），有时又把它称为自
瑞雷波勘探实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过瑞雷波勘探技术，对地下介质进行探测，了解其结构和性质。
瑞雷波勘探技术具有探测深度大、分辨率高、成本低等优点，广泛应用于地质勘探、岩土工程等领域。
通过本次实验，掌握瑞雷波勘探的基本原理、操作方法以及数据处理技术，为实际工程应用提供理论依据。
二、实验原理瑞雷波（Rayleigh wave）是一种沿介质表面传播的剪切波，其波速较低，衰减较慢，能够有效地穿透较深的地层。
瑞雷波勘探技术基于瑞雷波在地下介质中传播的特性，通过测量瑞雷波的速度、振幅等参数，分析地下介质的结构和性质。
三、实验设备1. 地震勘探仪：用于采集地震波数据。
2. 地震检波器：用于接收瑞雷波信号。
3. 数据采集系统：用于记录地震波数据。
4. 地震数据处理软件：用于处理和分析地震波数据。
四、实验步骤1. 实验场地选择：选择适合进行瑞雷波勘探的场地，确保场地平整、开阔，无大型障碍物。
2. 检波器布设：按照设计要求，将地震检波器按照一定的间距布设在勘探区域。
3. 数据采集：启动地震勘探仪，进行地震波数据采集。
采集过程中，注意调整仪器参数，确保数据质量。
4. 数据处理：将采集到的地震波数据导入地震数据处理软件，进行预处理、滤波、提取瑞雷波等处理步骤。
5. 结果分析：对处理后的瑞雷波数据进行时距曲线分析、层析成像等，分析地下介质的结构和性质。
五、实验结果与分析1. 时距曲线分析：通过对瑞雷波数据进行时距曲线分析，可以确定瑞雷波在地下介质中的传播速度。
实验结果显示，瑞雷波在勘探区域内的传播速度为X km/s。
2. 层析成像：通过对瑞雷波数据进行层析成像，可以分析地下介质的结构。
实验结果显示，勘探区域内的地下介质可以分为多个层，各层的厚度和速度如下：- 第1层：厚度为Y m，速度为Z km/s；- 第2层：厚度为W m，速度为V km/s；- 第3层：厚度为U m，速度为T km/s。
3. 地下介质性质分析：根据瑞雷波勘探结果，可以分析地下介质的性质。
物探精品课程 第二章第四节 瑞雷面波勘探技术
第四节 瑞雷面波勘探技术
二、瞬态瑞雷波法资料采集系统 瞬态面波法的震源可以采用锤击、落重、爆炸等方式。根据勘 探的深度，对激振脉冲做出合理选择。激振力较小时脉冲面波的 主频率较高。 检波器安置在地面作为拾取介质振动的传感器。面波勘探所用 检波器频率范围很宽，可以从数赫兹到数千赫兹。瞬态面波一般 使用固有频率较低的检波器。检波器接收到的基本是瑞雷波的垂 直分量。 瞬态面波法也可以利用仪器的信号增强功能，进行垂直叠加， 以达到增强有效信号压制干扰的目的。 瞬态法由于采用一次激发多道接收，可将不同间距的相速度波 长数据组合，得到波速与波长关系的瑞雷波频散曲线，与稳态法 相比可大大提高工作效率。
线。在深度6 m以上的范围内，强夯后的波速值增加近一倍。在
深度3.7 m以上的第一层杂填土中，波速由 175 m/s增至318 m/s, 深度5～9 m以上的第二层杂填土中,波速由166 m/s增至346 m/s.
加固后波速值增加，必然导致地基物理力学性质的变化。
第四节 瑞雷面波勘探技术
（四）地下空洞和掩埋物探测 图2-46是旧煤矿矿井的探测 实例，图中(a)是工作布置图，激 振器距检波器A为2m，A、B间 距0.5m，然后按0.5m间隔移动B, AB 形成AB, AB, ,…, AB 的6种间 距实测频散曲线。图中(b)是实测 的6个间距的频散曲线，曲线B为 AB间隔的曲线，因该间隔内没 有空洞，频散曲线几乎为直线， 从开始，B检波器进入空间上方, 曲线开始出现锯齿跳动，间隔已 横跨空洞，空洞的影响就开始减 小。
第四节 瑞雷面波勘探技术
切除处理可以把直达波和折射波等部分地消除，从而保留下 来较纯的面波，切除以后可以大大改善频散曲线的计算结果。 能量衰减（增益处理）也是一种数据处理手段，它可以对一 定时窗内的地震波进行能量衰减控制。由于地震记录中面波能
瑞雷波在地质勘探中的研究
科学技术创新1概述瑞雷波勘探作为一种经济、快速、有效的勘探方法,得到了广泛的应用。
目前瑞雷波正演模拟方法主要有Thomson_uhaskell 法、δ矩阵法、ABO 法_uzena 法、RT 矩阵法[1-4]等,这些方法都是利用瑞利波频散方程进行瑞利波正演模拟的瑞利波勘探方法。
与目前其它地球物理方法相比,瑞雷波勘探具有经济快速、适用范围广、场地影响小、探测设备简单、激发信号易激发、有效信号能量强、信噪比高、易识别、分辨率高等优点。
而瑞利波检测大多是基于对原始信号的直接处理,因此对检测结果的解释和检测精度还有待进一步提高。
本文通过研究分析地下工程地质异常条件下,地质异常在弥散曲线中不同位置、大小和物理力学性质的不同表现,总结了地质异常与瑞雷波频散曲线之字形的关系,得出地质参数对瑞雷波频散曲线影响的特征和规律。
2国内外研究动态2.1瑞雷波探测技术研究现状英国数学物理学家瑞利于1887年发现了瑞利波的存在,揭示了它在中空间的传播特性。
起初人们认为瑞利波是危害最大的地震波。
在石油地震勘探、地表反射、人工折射地震勘探中,瑞利波是一种强干扰波,直到20世纪50年代,人们才发现瑞利波在层状介质中具有散射特性,并逐渐作为有效波应用于工程物探中。
目前,关于瑞雷波法的研究主要涉及的问题有三个方面:一是瑞雷波频散曲线的正演问题;二是瑞雷波频散曲线的提取问题;三是瑞雷波频散曲线的反演问题。
2.2正演方面的研究瑞雷波反演的前提和基础是正演模拟。
主要研究内容是在已知平均模型下,根据弹性波理论建立瑞利波方程,来描述瑞利波速、频率等弹性参数之间的关系,为了了解瑞利波在特殊平均模型中的散射特性。
目前在建立特征方程和求解不同介质中的特征方程时,都考虑了对锋面瑞利波模型的探索,大多数研究都是基于层间通讯方式均匀的条件,即具有平行界面和连接界面的均匀自由表面弹性材料。
2.3瑞雷波频散曲线的求取瑞雷波工程探索,从实际的地震记录信号中提取瑞雷波的频率分散特性,合理说明工程岩土体的物理力学性质,因此瑞雷波的频率分散曲线的要求(即面波速度的测量)可以说是瑞雷波工程探索的最基础的工作。
矿井物探——精选推荐
1.1 矿井物探的意义煤炭是当今中国的主要能源及化工原料。
随着国民经济的发展，各个行业对煤炭的需求是不断增加。
于是一批批高产、高效的综采工作面陆续投产。
其产量在总产量中的比重逐渐上升。
它们的作用举足轻重。
综采工作面上装备上上万吨的大型设备，装拆移转的成本高，要求及时、准确预报采区内和工作面前方各种地质破坏和异常，以便构筑采掘系统的合理布局，充分发挥综采高产高效的优势，有效防治矿井灾害的发生。
为了适应这种生产要求，仅依靠已有的传统地质学方法、数学地质统计预测方法、钻探及巷探的手段还不够。
如：钻探及巷探是直接观测法，优点是能够直观观测被研究的地质体，结论是明确单一的。
缺点是观测经常是不连续的，矿井地质人员通过内插或外推得出的结论有较大误差，甚至导致结论错误。
即使运用当前普遍使用的采区高分辨三维地震勘探方法，要全部查明落差几米的小断层及其它规模较小的地质异常，仍极其困难。
因此，矿井地质工作越来越迫切要求将各种物探手段在井下煤层附近用于探测以低成本、高效率、快速的方法提供有关矿井的地质信息，以解决逐渐面临的有关地质和采矿工作等问题。
矿井物探其目的是在大型重综采设备安装前或采区开采前，查明与控制工作面内地质异常体，如：小断层和小褶曲、煤层厚度变化、煤层冲刷、剥蚀、煤层分叉、合并与尖灭、陷落柱、岩浆岩侵入煤层变焦、瓦斯涌出、岩溶及老空区空间分布、可能的涌水点及通道、顶底板富水情况、顶板与围岩的稳定性等等。
这些地质异常即使规模小，如果不及时超前探查，不但造成采掘系统布局不合理，资源浪费，还直接影响高产高效工作面的持续开采及矿井水害的有效防治，更甚者危及整个矿井和矿工安全。
一旦发生问题，损失巨大。
因此，近几年来矿井物探倍受各产煤国的重视，得到了飞速的发展。
其方法和技术逐渐完善，应用范围不断扩大。
解决的问题日益增多。
可以预料，随着采煤机械化程度的提高，矿井物探在矿井地质工作中的地位将愈来愈重要。
1.2 矿井物探的概念矿井地球物理勘探，简称矿井物探，是用于矿井地质勘探的各种地球物理勘探方法的总称。
瑞利波技术在煤矿井下超前探测中的应用
Ｖ ｒ ＝ ２ 百 ｆ △ ｘ ， △ （ ５ ）
Ｙ ＝ Ｋ Ｃ Ｏ Ｓ ｃ ｏ （ ｔ － 音）
将ｃ ｏ ＝ ２ ｗ ｆ 代如 式 （ ２ ） ， 可 以得 到 ：
（ ２ ） 方 法 和资料 处理 都是 围绕 准确 求取 相速 度而 进行 的 。
经 精度评 定 ， 测量 成果 满足 工程 需要 。
５ 结论 ・
４ 测量 成果 的精 度评 定
华 泰公 司 井下 控 制导 线 长 ６ ９ ９ ０ ｍ， 共６ ６个 测站 ， 导 线 相 对精 度
１ ／ ２ ９ ２ ０ ０ ， 其 最终 点坐 标见 下表 ：
次数 测斜终孔坐标 实测孔底坐标 Ａ 导线相对闭 ｘ Ａ ｙ 合差
０
．
①贯通测量导线尽可能减少短边 ，把边长控制在 １ ２ ０ — ２ ０ ０ ｍ之
内。对 于短 边 ， 通 过增 加测 回数 来提 高精 度 ， 避 免导 线 中出 现弱边 。
１
Ｘ
ｙ
ｙ ０Biblioteka ７ ５ ０ ． ２ １ ７ ６ ７ １ ２ ． ３ ７ ４ ６ ９ ５ ０ ． ８ ８ ０ ６ ７１ ２ ． ４ ４ ９ ６ ９ ５ １ ． Ｏ ９ ７
Ｖｒ
）
在 波 的前 进方 向上与 Ａ点相 距 △ ｘ 的 观测 点 Ｂ ，距 离震 源 的距 离为 ｘ ２ ， 同样也 记 录到一 个 波形 Ｙ ２ ： Ｙ ２ ＝ Ｋ ｃ ｏ ｓ ｏ ｃ （ ｔ 一
Ｖｒ
１ 瑞利 波超 前勘 探原 理
瑞 利波 属 于面 波 ， 它 的质点 合成 运 动 以逆 时针 方 向 的椭 圆 轨迹 行进 ， 在介 质 自由表 面 附近 按 圆柱 形 波 前 方式 传 播 ， 其 传 播 速度 根 据频 率 的变化 而 变化 ， 瑞利 波 能量 主要 集 中在距 地 表 一个 波 长 （ ｘ ｒ ｔ ）
第七讲(瑞雷波)
面波主要有两种类型：瑞雷面波和拉夫面波。 瑞雷面波沿界面传播时，在垂直于界面的入射面内 各介质质点在其平衡位置附近的运动即有平行于波传播 方向的分量，也有垂直于界面的分量，因而质点合成运 动的轨迹呈逆椭圆； 拉夫面波传播时，介质质点的运动方向垂直于波的 传播方向且平行于界面。 目前在岩土工程测试中以应用瑞雷面波勘探为主。
一、瑞雷波与瑞雷波勘探
研究层状地层面波的频散特征，可以求得地层不同深度 范围内的弹性参数，这也就是面波测深方法依据的基本原理。
利用人工激发的瑞雷波可以解决如下几方面的具体浅 层地质问题。
(1) 地层划分：通过对瑞雷波频散曲线进行定性及定量解 释，得到各地层的厚度及弹性波的传播速度。
(2) 地基加固处理效果评价：通过实测地基加固前后的波 速差异得到处理后的地基较处理前的物理力学性质的改善程 度。
二、瑞雷波勘探的基本原理
VR—f曲线或VR-λR曲线的变化规律与地下介质条件存在 着内在联系，通过对频散曲线进行反演解释，可得到地下某 一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞雷波传播速度 VR值，另一方面，VR值的大小与介质的物理特性有关，据 此可以对岩土的物理性质作出评价。
瑞雷波法根据其激发的震源的不同，可分为稳态法和 瞬态法两种。
(3) 岩土的物理力学参数原位测试：通过对实测资料的反 演解释，可以得到岩、土 层的S波速度、P波速度及密度等 参数。
一、瑞雷波与瑞雷波勘探
(4) 公路、机场跑道质量无损检测：利用人工激发的高频 瑞雷波，可以确定路面的 抗折、抗压强度及路基的载荷能 力，以及各结构层厚度。该方法用于机场跑道及高等公路 的另一项意义是实现质量随年代变化的连续监控。
三、瑞雷波勘探的资料采集
3.2 瞬态激振法
四、瑞雷波勘探资料的处理与解释
瑞利波探测仪在矿山中的应用
瑞利波探测仪在矿山中的应用摘要：随着经济的发展，对煤矿资源的需求也越来越大。
在煤矿开采中，运用瑞利波探测技术，其对煤矿井下进行全方位探测，具有简便、快速、应用范围广的优点。
不仅为地质工作者提供先进的探测手段，同时能为煤矿的安全生产带来宏观经济效益。
因此，本文通过对瑞利波探测仪在矿山中的应用进行分析，以促进煤矿的安全开采。
关键词：瑞利波探测仪；矿山；应用引言在长期的煤矿开采中，瑞利波探测技术解决煤矿井下地质问题中的应用越来越多，利用弹性面波中瑞利面波的传播特性，在井下巷道堵头开展瑞利波跟踪超前探测，在全国大多数的煤矿井下跟踪探测实际应用效果明显。
一、瑞利波探测原理瑞利波勘探主要利用了瑞利波在分层介质中传播时的频散特性和波的传播速度与介质的物理力学特性，特别是介质密度密切相关的特性，以面波为有效波进行探测的一种地质勘探方法。
瑞利面波的能量最强，传播速度比较低，能够比较精确地确定其走时，计算出相对比较准确的地层速度，用以区分地层岩性。
瑞利波勘探采用的方法是面波频谱分析法，也叫瞬态法，它是由震源产生一定带宽的脉冲，通过测线上相距震源不同距离的6只加速度接收传感器，由仪器记录下来5对采集的信号取以排列中点对称的任意两道，进行变换和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，然后利用多次叠加、多次覆盖技术从而得到瑞利波信号在不同频率下的平均速度，然后可以依据弹波理论中的半波理论可以知道，进而得到曲线图。
当波在岩层分层介质中传播时，其速度和介质的特密型关系较大。
多道瞬态法瑞利波探测原理示意图如下图（图1）所示：二、瑞利波探测的影响因素（一）地形的影响瑞利波探测技术中，测点、测线的布置需要垂直于岩层构造的走向,也可以顺着煤层然后追踪其走向,布置测线时尽可能使其成为直线。
但是有时候受施工现场地形条件的影响，不能够满足上述的要求,就要计算出传感器与岩层的夹角,以便在最终的处理结果(如层厚度)上进行修正，比如可以运用顺层布置传感器便于物探结果的解释。
瑞利波在煤矿中的应用
瑞利波在煤矿中的应用目录目录 (1)摘要 (2)ABSTRACT (3)引言 (4)一、瑞利波探测概括 (5)二、瑞利波探测技术 (5)三、瑞利波探测技术特点 (6)四、施工方法及技术 (6)4.1施工现场踏勘 (7)4.2测线/测点布置原则 (7)4.3探测模式的选择 (7)4.4瑞利波的激发 (8)五、瑞利波物探仪在龙湖煤矿探测成果及结果验证情况 (8)5.1探测实例一 (8)5.2探测实例二 (10)5.3结论 (11)参考文献 (13)致谢 (14)摘要摘要：应用瑞利波探测仪在煤矿中探测进巷道前方地质构造,断层防水煤柱宽度,断层落差及延伸方向,陷落柱等方面取得较好的效果,使地质预测,预报工作由定性上升到定量。
瑞利波探测法具有仪器体积小、重量轻、便于携带、操作方便、探测速度快等优点,对断层、火成岩、老窑、岩溶陷落柱等地质构造的位置能够进行准确预报。
此外,仪器对使用环境要求不高,能在井下狭窄的空间有效地工作。
瞬态瑞利波探测技术是一种快捷、方便的原位测试技术,其能量衰减慢,施工采用锤击震源。
根据其探测原理及探测实践,地质构造等灾害性地质异常在瑞利波频散曲线上均会有明显的显示,利用瑞利波传播的频散特性,从而对探测前方的地质构造进行解析判断。
瑞利波探测原理主要利用瑞利波的两个特性:一是波在分层介质中传播时的频散特性;二是波的传播速度与介质的物理力学特性密切相关。
瑞利波探测方法分为稳态和瞬态,稳态瑞利波是每次激发一种频率,在一个测点通过多次激发和接收完成不同深度的探测;瞬态瑞利波采用瞬态冲击震源,一次激发和接收,可以获得宽频带的瑞利波振动信号,这相当于稳态成百上千次激发的信息。
同一波长的瑞利波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况,不同波长的瑞利波传播特性则反映了不同深度的地质情况。
关键词：煤矿煤矿地质瑞利波探测仪AbstractAbstract: the application of Rayleigh wave flaw-detecting apparatus in coal mine roadway probing into forward geological structure, fault waterproof coal pillar width, and the extending direction of fault throw, subsided column and achieved good effect, make the geological forecast, forecast from qualitative to quantitative. Rayleigh wave detection method with small volume, light weight, convenient carrying, convenient operation, fast detection etc., fault, igneous rock, gob, karst collapse column and geological structure position accurately forecast. In addition, instruments on the useof environmental requirements is not high, in the underground confined space work effectively. Transient Rayleigh wave detection technique is a quick, convenient and in situ testing technology, the energy attenuation, construction uses the hammer source. According to the principle of detection and exploration practice, the geological disaster geological anomaly in the Rayleigh wave dispersion curve will have obvious display, using Rayleigh wave dispersion, thereby to detect the front geological structure analytic judgment. 1Rayleigh wave detection principle of Rayleigh wave detection principle of Rayleigh wave two characteristics : one is the wave propagation in layered medium frequency dispersion characteristics; two is the wave propagation speed of medium and the physical and mechanical properties are closely related. Rayleigh wave detection method for steady state and transient, steady state Rayleigh wave is each excitation frequency, in a measuring point through multiple excitation and receiving completion of different depth detection; instantaneous Rayleigh wave using transient impact seismic source, an excitation and receiving, can obtain the broadband Rayleigh wave vibration signal, this corresponds to a steady state hundreds of excited information. The same wavelength as the propagation of Rayleigh wave reflects the geological conditions in the horizontal direction changes, different wavelengths of the propagation characteristics of Rayleigh waves is reflected in the different depth of geological condition.Key words: coal mine geological Rayleigh wave detecting引言在煤矿生产过程中，查清掘进面前方地质小构造，特别是断层、老窑、岩溶等灾害性构造情况，直接关系到煤矿安全生产以及经济效益和社会效益，甚至威、胁井下人员的生命安全。
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瑞雷波勘探方法是一种以瑞雷面波作为有效波，在几十米深 度范围内探查地质体的一种物探方法。作为地震勘探中的一个分 支，瑞雷波勘探是自20世纪80年代发展起来的一种新的浅层勘探 手段。它是基于不同振动频率的瑞雷波沿深度方向衰减的差异， 通过测量不同频率成分(反映不同深度)瑞雷波的传播速度，来探 测不同深度岩、矿层及其中的构造、洞穴等地质体(如不同深度 煤层及围岩内的断层、空洞、老窑、岩溶等)的。由于各种岩、 矿层及地质体的密度和弹性参数不同，致使瑞雷波的传播速度有 明显差别，因而可以利用瑞雷波的传播速度作为区分地质体的重 要标志。
§8.1 瑞雷波的性质
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.2 瑞雷波勘探的基本原理
瑞雷波勘探方法的实质：根据不同振动频率的瑞雷波沿深 度方向衰减的差异，通过测量不同频率成分(反映不同深度)瑞 雷波的传播速度来探测不同深度煤、岩层及其中的断层、空洞、 老窑、岩溶等地质异常体。
它的物理前提是基于煤层和顶、底板岩层及其它地质异常 体的密度和弹性常量等物理参数的不同而导致瑞雷波传播速度 的差别。特别是岩溶、裂隙和空洞等，因它们不具备瑞雷波传 播的条件，当瑞雷波传播到这些位置时会突然消失，因而可以 比较容易地识别这些地质异常。
1）这是一种真正从地面开始几十米深范围内(煤矿 井下从探测面往前几十米深)的浅层弹性波无损探测方 法，既可用于分层探测，又可用于构造探测；
2）施工面积小，移动方便，适于在煤矿井下(包括 独头巷道)的探明使用；
3）既可进行垂直方向的探测，又可进行水平方向 的探测(加工作面前方的超前探测)；
第8章 瑞雷波地震勘探
在均匀半无限弹性介质中， 瑞雷波速度VR是一个只与 介质弹性常量有关而与频率 无关的参数。也就是说，在 均匀半无限弹性介质情况下 瑞雷波不存在频散。但是， 自然界的岩层都是成层的非 均匀介质，在这样的介质中， 瑞雷波的传播速度将与频率 密切相关，不同频率成分， 具有不同的瑞雷波相速度， 即瑞雷波存在频散。
8.1.1 瑞雷波的传播
§8.1 瑞雷波的性质
瑞雷波传播、衰减与质点运动
(a)瑞雷波在半无限的固体介质 中，波动的垂直剖面，它随深度的 增加而逐渐消失；
(b)预测的地表质点运动轨迹； (c)实际记录的运动轨迹； (d)小药量激发，用埋置的检波 器接收到的瑞雷波。运动轨迹在浅 部是逆滚式，大约在4m左右，变 为前推式。
我们知道，不同岩层的泊松比是不同的。比如，对于土层，为 0.45～0.49左右，而对于岩石，则为0.25左右。也就是说，对于土层， 瑞雷波的速度几乎与横波相等；对于岩石，瑞雷波的速度将为 0.9l94Vs。
总之，瑞雷波在土和岩石中的传播速度接近横波的速度Vs，而Vs 往往是工程地基勘察中重要的参数。
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.1 瑞雷波的性质
8.1.4 瑞雷波振幅随深度的衰减
瑞雷波的振幅随 深度不是均匀分布的， 而是呈指数衰减，其 主要能量集中在一个 波长的深度范围。对 于不同弹性常量的介 质，瑞雷波的衰减具 有相同的总体趋势， 而衰减的速率略有差 异。
第8章 瑞雷波地震勘探
8.1.5 瑞雷波的频散
第8章 瑞雷波地震勘探
4）抗干扰能力强，不受井下各种交流电场的干扰； 5）只要介质有波速差异(不小于10 %) 就可以精确 进行分辨，探测精度比较高，勘探的深度误差一般在5% 以内。 6）在高泊松比介质中，面波波速接近于横波波速， 并具有相关性，即面波波速与介质的物理力学性质密切 相关。
第8章 瑞雷波地震勘探
第8章 瑞雷波地震勘探
第8章 瑞雷波地震勘探
1887年，Rayleigh首先发现了瑞雷波的存在并揭示了瑞雷波 在弹性半空间介质中的传播特性。20世纪50年代初人们又发现了 瑞雷波的频散特性，随之开始了利用天然地震记录中的瑞雷波探 测地球内部结构的研究。
我国瑞雷面波法工程勘探的研究始于20世纪80年代中期， 1987年，铁路系统首先引进GR-810型面波勘探仅用以解决铁路和 公路路基的勘探问题。
瑞利波探测仪
第8章 瑞雷波地震勘探
8.2.2 频散曲线
以上是指在均匀、各向同性介质表面的情况。在实际观测中，各种 岩石都是成层的非均匀介质。在这样的介质表面，所观测到的瑞雷面 波将是频散的；也就是说，瑞雷波的速度将与频率有关，是频率的函 数。这样，在成层的非均匀介质的自由表面，所观测到的瑞雷波应是 频散的，质点运动呈椭圆形的，其振幅随界面深度加大而呈指数下降 的一种面波。
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.1 瑞雷波的性质
8.1.3 瑞雷波的转播速度
瑞雷波的传播与介质的密度和弹性性质密切相关。瑞雷波在介质 中的传播速度VR和纵波、横波速度Vp，Vs一样，是由介质的弹性常 数(杨氏模量、泊松比等)决定的。
瑞雷波的速度始终小于S波的进度，但随着泊松比接近0.5，横波 和瑞雷波的速度将趋于同一数值。
瑞雷波沿地面表层传播，表层的厚度约为一个波长，因此， 同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变 化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质 情况。
第8章 瑞雷波地震勘探
8.2.1 瞬态瑞雷波法
§8.2 瑞雷波勘探的基本原理
瞬态瑞雷面波法布置示意图
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.2 瑞雷波勘探的基本原理
矿井构造探测方面，煤科总院西安分院于1988年引进了GR8l0型仪器，并于引进前后在地面和煤矿井下开展了大量的探测试 验，取得了较好的地质效果。
第8章 瑞雷波地震勘探第8来自 瑞雷波地震勘探近年来，瑞雷波勘探已在矿井和地面工程中被广泛 的应用，取得了一些可喜的成果。对于矿井瑞雷波勘探 技术，它具有一定的优点：
第8章 瑞雷波地震勘探
§8.1 瑞雷波的性质
8.1.2 瑞雷波的特征
沿自由界面传播的这种瑞雷面波具有以下特征： 1）它具有一个沿表面传播的与频率无关的速度，这一速度比介质体波 中的横波速度略小。 2）表面上质点的运动轨迹不是线性的而是椭圆形的(它是由纵波P和横 波S波沿自由界面传播相互叠加而形成)。 3）这种波的振幅随距界面深度的加大而呈指数下降。